江苏省高考物理大一轮复习（自主学习+考点突破+随堂验收）实验四 探究动能定理课件.ppt

第六章机械能守恒定律 实验四 探究动能定理 1 理解探究动能定理的实验原理 2 掌握探究动能定理的数据处理方法 3 会分析探究动能定理的实验误差 1 实验目的 1 通过实验探究外力对物体做功与物体速度变化的关系 2 通过分析实验数据 总结出做功与物体速度的 成正比例关系 平方 2 实验原理 1 不是直接测量对小车做功 而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功w 2w 3w 2 由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出 也可以用其他方法测出 这样 进行若干次测量 就得到若干组功和速度的数据 3 以橡皮筋对小车做的功为纵坐标 分别以小车获得的速度v v2 为横坐标 作出wv wv2 曲线 分析这些曲线 可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系 3 实验器材小车 前面带小钩 长木板 两侧适当的对称位置钉两个铁钉 打点计时器及纸带 学生电源及导线 使用电火花计时器时不用学生电源 5 6条相同的橡皮筋 4 实验步骤 1 按图所示将实验仪器安装好 刻度尺 2 平衡摩擦力 在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板 反复移动木板的位置 直至小车上不挂橡皮筋时 纸带打出的点 即小车能匀速运动为止 3 先用一条橡皮筋做实验 用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1 设此时橡皮筋对小车做的功为w1 将这一组数据记入表格 间距均匀 4 用2条橡皮筋做实验 实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同 这时橡皮筋对小车做的功为w2 测出小车获得的速度v2 将数据记入表格 5 用3条 4条 橡皮筋做实验 用同样的方法测出功和速度 记入表格 5 注意事项 1 平衡摩擦力很关键 将木板一端垫高 使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡 方法是轻推小车 由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动 找到木板一个合适的倾角 2 测小车速度时 纸带上的点应选均匀部分的 也就是选小车做匀速运动状态时对应的点 3 橡皮筋应选规格一样的 力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可 不必计算出具体数值 4 小车质量应大一些 使纸带上打的点多一些 6 误差分析 1 误差的主要来源是 使橡皮筋的拉力做功w与橡皮筋的条数不成正比 2 没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大 3 利用打上点的纸带计算小车的速度时 测量不准带来误差 橡皮筋的长度 粗细不一 1 实验原理的理解 1 为使细线的拉力作为小车的合外力 本实验必须平衡小车的摩擦力 2 平衡摩擦力时 轻推小车 只要纸带上点间距相等 小车做匀速运动即可完成 实验原理与操作 2 实验操作的注意事项 1 平衡摩擦力 将木板一端垫高 使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡 方法是轻推小车 由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动 找到木板一个合适的倾角 2 静止释放 由静止释放小车 小车的动能增量等于小车的末动能 3 选点测速 测小车速度时 纸带上的点应选均匀部分的 也就是选小车做匀速运动状态的 4 规格相同 橡皮筋规格相同时 力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可 不必计算出具体数值 典题演示1 原创 某同学现要用图甲来 探究动能定理 1 完成下列部分实验步骤所缺的内容 安装好实验器材 小车先不挂钩码 对小车进行 的实验操作 甲 平衡摩擦力 给小车挂上钩码进行实验 图乙是从多次实验中选出的一条纸带置于一透明刻度尺上 在纸带上选择起始点o及a b c d e和f七个计数点 可获得各计数点到o的距离s 由图乙读得o到c点的位移为s3 cm 乙 5 03 5 05 在这个范围内都对 由图乙求出小车在各计数点的瞬时速度的大小v1 v2 v5 则打点计时器打下c点时小车的速度为v3 m s 2 由图乙可知小车在此次实验的加速度大小为a m s2 0 49 1 22 3 计算出打点计时器打下a b e时小车瞬时速度的平方v v 然后分别求出v v与v的差值 v v v 最后计算出小车通过sab sbc sde的位移时钩码重力对小车做的功w1 w2 w4 最后得到了如图丙所示的 v2w图象 丙 通过图象可得到的结论是 4 若图线的斜率k 18 则小车的质量m kg 保留三位有效数字 合外力对物体做的功等于 物体动能的变化量 0 111 1 数据处理的方法 1 纸带上点间距相等部分对应橡皮筋松弛后小车获得的末速度 2 因完全相同的橡皮筋 拉伸相同的长度 故橡皮筋对小车做的总功与橡皮筋条数成正比 数据处理与误差分析 2 利用图象探究物理量间的关系 1 利用图象探究物理量间的关系时 首先确定横 纵坐标轴对应的物理量及单位 2 根据表中数据确定横 纵坐标轴的标度 3 认真描写各坐标点 4 先作个wv草图 大致判断两个量可能是什么关系 如果认为可能是w v2 对于每一个速度值算出它的二次方 然后以w为纵坐标 v2为横坐标作图 如果这样作出来的图象是一条直线 说明两者关系真的就是w v2 3 减小误差的方法 典题演示2 2016 河南开封三模 传感器是一种将非电学量转换成电信号的检测装置 它是实现自动检测和自动控制的首要环节 某物理课外活动小组利用力传感器和位移传感器进一步探究变力作用下的动能定理 如图甲所示 他们用力传感器通过定滑轮直接拉固定在小车上的细绳 测出拉力f 用位移传感器测出小车的位移s和瞬时速度 已知小车质量为200g 甲 1 某次实验得出拉力f随位移s变化规律如图乙所示 速度v随位移s变化规律如图丙所示 利用所得的fs图象 求出s 0 30m到0 52m过程中力f做功w j 此过程动能的变化 ek j 保留两位有效数字 乙 丙 0 18 0 17 2 下列情况中可减小实验误差的操作是 填选项前的字母 可能不止一个选项 a 使拉力f要远小于小车的重力b 实验时要先平衡摩擦力c 要使细绳与滑板表面平行 bc 1 实验原理的创新 1 弹簧弹力对物体做的功为合外力的功 2 物体的动能增量由平抛运动规律计算得出 2 实验目的的创新由物体的平衡条件求解弹簧的劲度系数 实验的改进与创新 典题演示3 改编 某同学 验证动能定理 的实验装置如图甲所示 水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨 导轨上a点处有一带遮光片的长方形滑块 其总质量为m 实验步骤如下 甲 用游标卡尺测出挡光片的宽度d 安装好实验器材 给气垫导轨接上气源 然后读出拉力传感器的示数 记为f 同时从气垫导轨刻度尺上读出m与光电门之间的距离l 用剪刀剪断细绳 让滑块滑向光电门 并记录m通过光电门的时间t 多次改变滑块与光电门之间的位置 每次实验测量相应的l与t值 结果如下表所示 试分析下列问题 1 用游标卡尺测量遮光片宽度d的测量结果如图乙所示 则d cm 乙 1 00 f fl 能 得到的实验图象为线性图象 与理论值相符合 丙 5 本实验中还可求得滑块下滑的加速度a m s2 1 65 4 所作的图象如图所示 1 2016 南京 盐城 连云港二模 为验证 拉力做功与物体动能改变的关系 某同学到实验室找到下列器材 长木板 一端带定滑轮 电磁打点计时器 质量为200g的小车 质量分别为10g 30g和50g的钩码 细线 学生电源 有 直流 和 交流 挡 该同学进行下列操作 a 组装实验装置 如图 a 所示 b 将质量为200g的小车拉到打点计时器附近 并按住小车 c 选用50g的钩码挂在拉线的挂钩p上 d 释放小车 按通打点计时器的电源 打出一条纸带 e 在多次重复实验得到的纸带中选出一条点迹清晰的纸带 如图 b 所示 f 进行数据采集与处理 请你完成下列问题 1 进行实验时 学生电源选择用 填 直流 或 交流 挡 2 该同学将纸带上打的第一点标为 0 且认为打 0 时小车的速度为零 其后依次标出计数点1 2 3 4 5 6 相邻两个计数点间还有四个点未画 各计数点间的时间间隔为0 1s 如图 b 所示 该同学测量出计数点0到计数点3 4 5的距离 并标在图 b 上 则在打计数点4时 小车的速度大小为 m s 如果将钩码的重力在数值上当做小车所受的拉力 则在打计数点0到4的过程中 拉力对小车做的功为 j 小车的动能增量为 j 取重力加速度g 9 8m s2 结果均保留两位有效数字 交流 0 58 5 9 10 2 3 4 10 2 3 由 2 中数据发现 该同学并没有能够得到 拉力对物体做的功等于物体动能增量 的结论 且对其他的点 如2 3 5点 进行计算的结果与4计数点相似 你认为产生这种实验结果的主要原因有 写出两条即可 小车质量不满足远大于钩码质量 没有平衡摩擦力 没考虑砝码动能的增加 2 2016 安徽合肥二模 某实验小组要探究力对物体做功与物体获得速度的关系 选取的实验装置如下图所示 1 除了图中已有的实验器材外 还需要导线 开关 刻度尺和 填 交流 或 直流 电源 交流 2 实验主要步骤如下 实验时 为使小车所受合力等于橡皮筋的拉力 在未连接橡皮筋前将木板的左端用小木块垫起 使木板倾斜合适的角度 启动电源 轻推小车 得到的纸带应该是 填 甲 或 乙 乙 小车在一条橡皮筋的作用下由静止弹出 沿木板运动 此过程橡皮筋对小车做的功为w 再分别改用完全相同的2条 3条 橡皮筋作用于小车 每次释放小车时 除由静止释放外 还必须 填写相应实验条件 使得每次每条橡皮筋对小车做的功都为w 分析打点计时器打出的纸带 分别求出小车每次获得的最大速度v1 v2 v3 下图是实验中打出的一条纸带 为了测量小车获得的最大速度 应选用纸带的 部分进行测量 每次从同一 位置释放 gk 或hk 作出w v图象 则下列符合实际的图象是 d 3 若该小组实验时遗忘了上述步骤 操作的情况下也完成了整个实验 那么当小车速度最大时 橡皮筋处于 填 伸长 或 原长 状态 伸长 解析 1 除了图中已有的实验器材外 还需要导线 开关 刻度尺和交流电源 2 再分别改用完全相同的2条 3条 橡皮筋作用于小车 每次释放小车时 除由静止释放外 还必须每次从同一位置释放使得每次每条橡皮筋对小车做的功都为w 应选用纸带的gk部分进行测量 即匀速运动 由w与v2成正比 作出w v图象 则下列符合实际的图象是d 3 若该小组实验时遗忘了上述步骤 操作的情况下也完成了整个实验 那么当小车速度最大时 橡皮筋处于伸长状态 3 2016 山东青岛质检 某实验小组在实验室中利用图甲所示实验装置来探究合力做功与物体动能变化的关系 实验步骤如下 将木板固定在水平桌面上 一端装上定滑轮 木板上放置一质量m 200g的滑块 左端与穿过电磁打点计时器的纸带相连 将左端适当垫高 给滑块一个初速度 滑块恰好能做匀速直线运动 滑块右端通过跨过定滑轮的细线与质量m 10g的钩码连接 实验中用钩码的重力代替小车受到的拉力 接通电源 释放钩码 滑块开始运动 打点计时器打出纸带的一部分如图乙所示 0 1 5 6为计数点 每相邻两计数点间还有四个点未画出 已知打点计时器使用的交流电源的频率为50hz 当地的重力加速度g 9 8m s2 所有运算结果均保留两位有效数字 1 滑块打点1时的动能为 j 打点5时的动能为 j 2 在从点1运动到点5过程中拉力所做的功w j 3 通过计算 发现拉力所做的功 填 大于 小于 或者 等于 滑块动能的增加 原因是 1 5 10 3 9 8 10 3 8 6 10 3 大于 钩码的重力大于细线对小车的拉力 4 2016 广东广州一模 用如图甲所示的实验装置完成 探究动能定理 实验 请补充完整下列实验步骤的相关内容 甲 乙 1 用天平测量小车和遮光片的总质量m 砝码盘的质量m0 用游标卡尺测量遮光片的宽度d 游标卡尺的示数如图乙所示 其读数为 cm 按图甲所示安装好实验装置 用米尺测量两光电门之间的距离s 2 在砝码盘中放入适量砝码 适当调节长木板的倾角 直到轻推小车 遮光片先后经过光电门a和光电门b的时间相等 3 取下细绳和砝码盘 记下 填写相应物理量及其符号 4 让小车从靠近滑轮处由静止释放 用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电